一种卫星高精度牵引方法及系统与流程

1.本发明涉及卫星导航技术领域，更具体的说是涉及一种卫星高精度牵引方法及系统。


背景技术：

2.卫星信号捕获技术主要有多普勒频率、伪码相位、时间的组合搜索技术和dft频域搜索技术。二维或是三维的组合搜索技术大致又分为频率并行伪码串行捕获、频率串行伪码并行捕获等。不论是组合搜索或是频域搜索结果中的瞬时码相位均是以半码片精度最节约资源，在此基础上牵引计算后用于跟踪的瞬时码相位误差只能是半码片量级的误差。
3.而捕获结果以半码片为单位，即瞬时相位均为半码片量级误差，做牵引计算时也无法消除，且针对存在boc调制的信号只能根据捕获结果牵引成为boc(1，1)的跟踪方式。卫星信号跟踪牵引又分为载波环和码环。载波环根据载波系数调整可以在前期扩大牵引范围，用于解决捕获精度不够的问题，同时增加了计算量。而码环的牵引范围必须要精度大于半码片误差，否则牵引成功率不高。
4.因此，如何提供一种能够减少计算量同时提高捕获牵引成功率的卫星牵引算法是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种卫星高精度牵引方法及系统，在不增加资源的情况下，大幅度的提高了捕获牵引计算效率和成功率，并且可以直接牵引码片频率更高的频点或是boc调制信号。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种卫星高精度牵引方法，包括：
8.通过捕获获取的载波多普勒计算伪码频率；
9.通过捕获获取的积分峰值的前后码片积分值计算半码片以下误差，并通过所述半码片以下误差和捕获获取的伪码瞬时相位更新伪码瞬时相位；
10.通过所述伪码频率和所述伪码瞬时相位计算伪码相位换算的采样时钟；
11.基于所述伪码频率计算伪码周期，并通过捕获获取的捕获时间和跟踪dump时间对所述伪码周期求余；
12.基于求余结果和所述伪码相位换算的采样时钟计算捕获与跟踪的时钟差，用于配置跟踪通道时钟等待值。
13.优选的，通过捕获获取的载波多普勒计算伪码频率具体计算公式为：
[0014][0015]
code rate＝code base rate carrier doppler*carrier2 code
[0016]
其中，code base rate是伪码码片的标称频率值，carrier base rate是载波多普
勒的标称频率值，carrier doppler表示载波多普勒频率，code rate表示伪码频率。
[0017]
优选的，通过捕获获取的积分峰值的前后码片积分值计算半码片以下误差，并通过所述半码片以下误差和捕获获取的伪码瞬时相位更新伪码瞬时相位，具体计算公式为：
[0018][0019]
code chip phasef＝code chip phase code chip difference
[0020]
其中，e code integral是超前码积分值，l code integral是滞后码积分值，code chip phase是只包含整数部分的伪码瞬时相位，code chip phasef是包含小数部分和整数部分的伪码瞬时相位。
[0021]
优选的，通过所述伪码频率和所述伪码瞬时相位计算伪码相位换算的采样时钟，具体计算公式为：
[0022][0023]
其中，sample rate是卫星信号中频采样率，code chip phasef是包含小数部分和整数部分的伪码瞬时相位，code rate表示伪码频率，phase clock number是采样时钟。
[0024]
优选的，基于所述伪码频率计算伪码周期，并通过捕获获取的捕获时间和跟踪dump时间对所述伪码周期求余，具体计算公式为：
[0025][0026]
time difference＝capture time-dump time
[0027]
clock difference＝mod(time difference，code period clock)其中，code length是伪码码片周期长度，code rate表示伪码频率，sample rate是卫星信号中频采样率，code period clock表示伪码周期，capture time是捕获数据存储的捕获时间，dump time是跟踪dump时间，mod是求余函数，clock difference表示求余结果。
[0028]
优选的，基于求余结果和所述伪码相位换算的采样时钟计算捕获与跟踪的时钟差，用于配置跟踪通道时钟等待值，具体计算公式为：
[0029]
clock wait＝phase clock number-clock difference
[0030]
clock wait uint＝clock wait code period clock
[0031]
其中，clock difference表示其余结果，clock wait uint表示最终得到用于牵引卫星信号的采样时钟非负整数等待值，code period clock表示伪码周期的采样时钟数量，phase clock number是伪码相位换算的采样时钟数量。
[0032]
优选的，积分峰值的前后码片积分值包括超前码积分值和滞后码积分值。
[0033]
一种卫星高精度牵引系统，包括：
[0034]
捕获模块：用于捕获载波多普勒、积分峰值的前后码片积分值、码片瞬时相位和捕获时间；
[0035]
牵引模块：用于通过捕获获取的载波多普勒计算伪码频率；
[0036]
通过捕获获取的积分峰值的前后码片积分值计算半码片以下误差，并通过所述半码片以下误差和捕获获取的伪码瞬时相位更新伪码瞬时相位；
[0037]
通过所述伪码频率和所述伪码瞬时相位计算伪码相位换算的采样时钟；以及
[0038]
跟踪模块：用于基于所述伪码频率计算伪码周期，并通过捕获获取的捕获时间和跟踪dump时间对所述伪码周期求余；
[0039]
基于求余结果和所述伪码相位换算的采样时钟计算捕获与跟踪的时钟差，用于配置跟踪通道时钟等待值。
[0040]
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种卫星高精度牵引方法及系统，卫星信号需将捕获得到的载波多普勒和瞬时码片相位通过计算用于卫星信号跟踪，牵引计算就是完成卫星信号从捕获到跟踪的过程，本发明通过将半码片精度换算成采样时钟精度、将峰值码片的前后码片一起加入运算的方式减小采样率和码片速率换算的计算量，同时提高了捕获牵引的成功率。
附图说明
[0041]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0042]
图1附图为本发明提供的卫星牵引计算方法流程图。
[0043]
图2附图为本发明提供的卫星牵引系统框图。
[0044]
图3附图为本发明提供的牵引计算使用的捕获时间和dump时间关系图。
具体实施方式
[0045]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0046]
本发明实施例公开了一种卫星高精度牵引方法，如图1所示，具体步骤如下：
[0047]
步骤1：通过捕获获取的载波多普勒计算伪码频率。
[0048]
载波频率和伪码频率因为相对运动产生的多普勒效应是线性的，所以根据载波多普勒即可算出伪码频率值，具体公式如下：
[0049][0050]
code rate＝code base rate carrier doppler*carrier2 code
[0051]
其中，code base rate是伪码码片的标称频率值，carrier base rate是载波多普勒的标称频率值，carrier doppler表示载波多普勒频率，code rate表示伪码频率。
[0052]
步骤2：使用峰值的前后码片积分值计算半码片以下的误差，并与捕获码片瞬时相位值相加更新伪码瞬时相位。
[0053]
捕获结果的峰值为伪码瞬时相位，其前后码片的积分值就是超前码和滞后码的积分值，使用超前码(e)和滞后码(l)的积分值就可以计算出半码片以下的误差。具体公式如下：
[0054][0055]
code chip phasef＝code chip phase code chip difference
[0056]
其中，e code integral是超前码积分值，l code integral是滞后码积分值，code chip phase是只包含整数部分的伪码瞬时相位，code chip phasef是包含小数部分和整数部分的伪码瞬时相位。
[0057]
步骤3：将捕获得到的准确伪码瞬时相位(包含整数与小数)换算成为采样时钟数量。
[0058]
捕获结果的伪码相位单位为半码片值，将其换算成为采样时钟数量后牵引计算时就变成了采样时钟值，具体公式如下：
[0059][0060]
其中，sample rate是卫星信号中频采样率，code chip phasef是包含小数部分和整数部分的伪码瞬时相位，code rate表示伪码频率，phase clock number是采样时钟。
[0061]
步骤4：基于伪码频率计算伪码周期，计算捕获获取的捕获时间和跟踪dump时间的差值对伪码周期求余后的值。
[0062]
因伪码多普勒的值变化，伪码周期不是准确的毫秒值，所以需要计算跟踪与捕获之间的码相位差带来的采样时钟差对伪码周期时钟的求余值。
[0063][0064]
time difference＝capture time-dump time
[0065]
clock difference＝mod(time difference，code period clock)其中，code length是伪码码片周期长度，code rate表示伪码频率，sample rate是卫星信号中频采样率，code period clock表示伪码周期，capture time是捕获数据存储的捕获时间，dump time是跟踪dump时间，mod是求余函数，clock difference表示求余结果。
[0066]
步骤5：基于求余结果和伪码相位换算的采样时钟计算准确的捕获与跟踪的时钟差值，用于配置跟踪通道时钟等待值。
[0067]
捕获跟踪的相位差值计算精度已经达到采样时钟精度，需要正整数则与码片频率值周期一直累加至正整数，最终结果可以极大的提高牵引成功率且可以直接牵引码片频率更高的频点如f1的boc(6，1)。具体公式如下：
[0068]
clock wait＝phase clock number-clock difference
[0069]
clock wait uint＝clock wait code period clock
[0070]
其中，clock difference表示求余结果，clock wait uint表示最终得到用于牵引卫星信号的采样时钟非负整数等待值，code period clock表示伪码周期的采样时钟数量，phase clock number是伪码相位换算的采样时钟数量。
[0071]
本发明实施例公开了一种卫星高精度牵引系统，如图2所示，具体步骤如下：包括：
[0072]
捕获模块：用于捕获载波多普勒、积分峰值的前后码片积分值、码片瞬时相位和捕获时间；具体为：根据卫星信号标称中频值做混频，然后降采样至半码片频率，再存储数据并记录下存储的起始时间；再配置不同的多普勒将储存的数据反复读出与多普勒波形数据
做载波剥离、匹配滤波和积分等运算；最后根据比较得出信噪比最高且超过预设值门限的载波多普勒、码片瞬时相位和积分峰值前后码片积分值用于牵引计算。
[0073]
牵引模块：用于通过捕获获取的载波多普勒计算伪码频率；
[0074]
通过捕获获取的积分峰值的前后码片积分值计算半码片以下误差，并通过所述半码片以下误差和捕获获取的码片瞬时相位计算伪码瞬时相位；
[0075]
通过所述伪码频率和所述伪码瞬时相位计算采样时钟；以及
[0076]
跟踪模块：用于基于所述伪码频率计算伪码周期，并通过捕获获取的捕获时间和跟踪dump时间对所述伪码周期求余；
[0077]
基于求余结果和伪码相位换算的采样时钟计算捕获与跟踪的时钟差，用于配置跟踪通道时钟等待值，使得跟踪模块与信号相位对齐就能用载波环、码环完成牵引和稳定的卫星信号跟踪。
[0078]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0079]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。